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密码学综述

2017-05-05丁云骢王钰鹭

四川水泥 2017年3期

关键词：密码学加密算法公钥

丁云骢李曦王钰鹭

密码学综述

丁云骢李曦王钰鹭

（沈阳理工大学辽宁沈阳 110159）

本文阐述密码学的概念，介绍其起源及其当前发展，包括对称密码体制和公钥密码体制。然后结合实际，分析密码学在实际生活的重要性，并对密码学发展趋势做了一定分析。

密码学；对称加密；公钥体制

1 密码学发展介绍

密码学是一门古老的科学，密码学在发展初期，就是把人们能读懂的消息经过一定的混淆手段变换，把易懂的信息变换成另一种信息，来防止非法者解读消息，合法用户可以采用相同或者类似手段进行逆向获取原信息 [1]。密码学大致经历了以下几个阶段[2]。

1.1古代加密方法

古代加密方法也可谓是手工密码学技术，算是早期密码学原型，当时密码学技术相对来说是非常简单的，在当时战争中取得良好的信息传递效果。手工密码学技术在实现上比较简单，只进行多次移位、替换操作，如Vigenere密码、Caeser密码等。

1.2机械阶段时期

随着人类运算能力提高，密码破译技术也取得重大突破[3]。密码破译对密码学带来挑战，需要密码算法有更强的复杂度。最后人们借助机械手段增强加密和破解运算能力，满足对应的算法复杂度运算需求，比如密码机Colossus。

1.3近代密码学技术

计算机的诞生促使密码学上升到一个新的水平。结合Shannon的“保密系统的通信理论”，密码学则理论技术也得到相应的完善。由于受战争的影响，20世纪中叶密码学的公开贡献几乎空白。直到20世纪70年代初期，IBM提出Feistel网络[4]，密码学的发展才又重现民间。

1.4现代密码学技术

信息安全技术随着社会发展需求在不断增长。数据加密标准算法(Data Encryption Standard ,DES)具体细节也被公开。加上DH公钥理论被提出，使得非安全环境下密钥协商问题、数字签名问题、身份认证问题都有了新的解决思路。

2密码学基本概念

2.1 密码编码学

密码编码学就是把原始消息经过一定的变换，把原消息变成另一种消息体，然后通过相似手段处理后，又可以恢复成原消息。例如我们常说的信息加密，其实就是利用加密算法把消息编码成密文，然后通过解密把编码后消息还原成明文。

2.2 密码分析学

在不知道加密算法和密钥的情况下，利用特定的技术，尝试利用编码信息得到明文或者密钥的的全部或者部分信息。攻击又分为两类：主动攻击、被动攻击。

主动攻击：对信息进行篡改、破坏，即对信息的完整性和真实性进行破坏。

被动攻击：被动攻击不会对破坏消息，而是去嗅碳消息，获取信息的内容。

2.3密码学体制分类

在密码学的加密算法中，大多的是根据加密方式分类，这样可以分为称加密算法和非对称加密算法[5]。

图1 密码学体制基本模型

在图1中，信息M经过加密器加密得到密文C，然后传输。信息接收者受到密文后，通过解密器解密，还原成M。

2.3.1对称密码体制

对称加密算法是使用相同的密钥对数据进行加/解密。对称加密算法虽然对外是算法公开，但是只要密钥不被泄露，就可以保证安全性；再加上它运行速度快、效率高，属于目前数据保护流行加密方案。常见的对称加密算法有：IDEA、DES、3DES、RC4、RC5、RC6、AES以及Blowfish等[5]。

2.3.2非对称密码体制

顾名思义，非对称加密算法是在对数据进行加解密时持不同的密钥：公钥（publickey）和私钥（privatekey）。公钥与私钥是一对，公钥和私钥都可以对数据进行加/解密，但是一旦数据被公/私钥加密，则只能被私/公钥解密，非对称加密算法也因此而得名。常见的非对称加密算法有RSA、ECC(椭圆曲线算法)等[6]。非对称加密的的特点:算法比对称算法复杂、密钥长度是对称算法的数倍，且安全性高度依赖密钥长度，这也使得加/解密速度没有对称加密解密的速度快。因此非对称加密常用来保护数据量较小的安全性要求高的数据，数据量较大选择非对称加密的话耗时太长，也是用户无法接受的。

由于对称密钥加解密都使用一个密钥，因此这个密钥需要绝对保密，不然一旦密钥遭到泄露，数据也就有泄露的风险，所以保证其安全性就是保证密钥的安全；而非对称密钥体制有两种密钥，只要私钥的安全性能得到保证，数据的安全性也可以得到保证，因此相对对称加密的安全性也大了很多。非对称密码存在的弱点是加密速度较慢，对于数据量大的数据加密就不适宜用非对称加密，往往采用对称加密算法。

3 现代密码学应用和发展方向

在实际生活当中，人们形形色色都离不开密码学，它在起着一个防护盾的角色。

3.1 密码学应用

密码学应用十分广泛，已经成为人们日常生活不可或缺的安全技术。比如，人们平常使用的聊天工具，微信和QQ。这两款聊天工具是国内最火的社交聊天工具，里面涉及大量的个人隐私信息。腾讯公司为了保证用户个人信息和聊天信息的安全，对保存在本地的聊天记录以及网络传输的信息都进行了加密，也博取了用户信任。除了对聊天信息和个人隐私的保护，支付也是常常使用密码学的业务之一。众所周知，支付宝，堪称国内最大的在线支付平台，每天金额流通量达到百亿级别，其安全性可想而知。除了上述的两个人们熟悉的工具用到密码学技术，银行业务、电子政务、卫星通信、无线传输等等都涉及密码学技术。因此研究密码学技术十分有必要。

3.2 密码学发展方向

随着计算机的发展，密码破解技术也越来越先进，因此人们必须要设计新的密码学算法应对未来面临的挑战，从而顺应时代的要求，对密码学发展也算是机遇和挑战。密码学发展呈以下发展趋势。

标准化趋势

标准化推动密码学发展更严谨、更科学，不但使密码学具有理论支撑，更能在实际应用中得到充分验证。例如AES算法、SHA3算法等都是标准化后的结晶，应用效果得到肯定。

公理化趋势

安全算法在设计时，对算法的安全性证明是十分有必要的。在安全性证明过程中，形式化分析方法、零知识证明、多方计算理论仍是安全性证明常用手段。

实用化趋势

随着手机支付以及电子商务的发展，基于生物信息密码技术是当前热点。指纹识别，虹膜支付已经应用到实际产品中。由于生物特征具有唯一性，生物密码学必定是未来发展经历的阶段。